（机械电子工程专业论文）组合夹具计算机辅助设计系统研究与开发.pdf

华北电力大学硕士学位论文目 录 摘要 组合夹具是在夹具零部件高度标准化、规格化、系列化的基础上发展起来的， 使用组合夹具可节约夹具设计制造工时和材料、 缩短生产准备周期、 保证产品质量。 组合夹具计算机辅助设计系统的产生使组合夹具实现了虚拟拼装， 克服人工组装造 成的速度慢等缺点，达到提高生产率、减轻劳动强度的目的。本文利用 v c + 十 编程 语言与o b j e c t a r x技术对a u t o c a d进行了 二次开发， 建立了 组合夹具管理与辅助 设计系统的体系结构和总体框架，实现了夹具元件的层次化存储，在对组合夹具的 定位方法进行研究的基础上， 采用实例推理和人机交互相结合的方法实现了组合夹 具的交互式组装，以及组装完成后自 动统计夹具元件的数量和信息，并生成相关报 表等功能。 关键词:组合夹具，计算机辅助设计，o b j e c t a r x abs tract t h e m o d u l a r f i x t u r e i s d e v e l o p e d o n t h e b a s e o f s t a n d a r d i z a t i o n , s p e c i f i c a t i o n , c a t e n a t i o n o f t h e c o m p o n e n t o f t h e f i x t u r e . u s i n g t h e f i x t u r e , i t c a n s a v e t i m e a n d m a t e r i a l o n d e s i g n i n g , s h o rt e n t h e p r o d u c e p e r i o d s , a s s u r e d t h e p r o d u c t q u a l i t y . t h e c a m s y s t e m a c h i e v e s t h e f i c t i t i o u s ass e m b l e o f t h e f i x t u r e , a n d c o n q u e r s t h e d e f e c t o f l o w r a t e b e c a u s e o f a s s e m b l i n g b y p e r s o n . i t c a n i m p r o v e t h e p r o d u c t i v i t y a n d l i g h t e n t h e w o r k i n g i n t e n s i o n . t h i s t e x t t a k e s f u rt h e r r e s e a r c h o n a u t o c a d u s i n g t h e l a n g u a g e v c + + a n d t h e t e c h n o l o g y o f o b j e c t a r x . i t e s t a b l i s h e s t h e f r a m e a n d t h e s y s t e m s t r u c t u r e o f t h e c a f d . i t a c h i e v e s t h e a r r a n g e m e n t s t o r a g e o f t h e f i x t u r e c o m p o n t e n t s a n d i t a l s o r e s e a r c h e s t h e o r i e n t a t i o n me t h o d s o f t h e f i x t u r e . t h i s t e x t a c h i e v e s t h e f u n c t i o n o f a u t o s e l e c t i o n o f t h e c o m p o n e n t , a n d t h e f i x t u r e a s s e m b l i n g . i t a l s o a c h i e v e s t h e f u n c t i o n o f g e n e r a t i n g t h e r e p o r t - f o r m s a u t o m a t i c a l l y a f t e r a s s e m b l i n g l i u h o n g w e i ( me c h a n o - e l e c t r i c e n g i n e e r i n g ) d i r e c t e d b y a d j u n c t p r o f . k a n g we n l i ke y wo r d s : m o d u l a r f i x t u r e , c a d , o b j e c t a r x 二吐. o口 尸明 本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文 组合夹具计算机辅助设计系统研 究与开发 ，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究 工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文 中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意. 学位论文作者签名:日期: 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件:学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文;学校可允许学位论文被查阅或借阅;学校 可以 学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文; 同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名: 日期: 导师签名 日期 华北电力大学硕士学位论文 第一章 引言 1 . 1 论文的选题背景和现实意义 1 . 1 ， 1概述 机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置， 其作用是使工件相对于机床或 刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。 夹具在机械制造中占有 重要的地位，对保证产品加工质量，提高生产率，降低成本，扩大机床工艺范围， 减轻工人劳动强度，保证生产安全，缩短产品周期等都有重要意义。 随着科学技术的迅速发展，机电产品种类日益繁多，而且生产周期也越来越 短，产品的中、小批量生产成为重要的生产模式。为此，在现代机械制造中，要求 加工机床和夹具装备具有更好的柔性，近 2 0年来数控机床和柔性制造系统迅速发 展，正是迎合多品种、中小批量生产方式的需要川 。 柔性化的着眼点主要在机床和工装两个方面，而夹具又是工装柔性化的重点。 组合夹具是由一套预先制造好的各种不同形状、 不同尺寸规格、 不同功能的系列化、 标准化元件、合件组装而成的.组合夹具元件、合件具有较好的互换性和较高的精 度及耐磨性。 组合夹具能保证工件在规定的坐标位置上准确定位和牢固的夹紧，也 就是说能保证工件相对于机床坐标原点具有准确和稳定可靠的坐标位置。 这种夹具 具有较高的刚度和精度，在粗加工时能承受较大的切削用量，以充分发挥数控、加 工中心机床的生产能力; 在精加工时能更好地保证工件定位基准和加工表面的位置 精度， 还能根据数控、加工中心机床的要求保证夹具允许刀具尽可能多地接近被加 工表面，以减少机床的停机时间; 在夹具上能一次装夹多个工件同时依次加工，减 少夹具、 刀具、 工件系统的调整时间， 更好地发挥数控、 加工中心机床的高效性能。 组合夹具元件可以通过组装、使用、拆卸、再组装重复使用。可以认为组合夹具就 是柔性夹具的代名词。 组合夹具是根据工艺要求，由可以循环使用的并具有高精度、高强度的标准化 元件组装成的易联接和拆卸的夹具。 组合夹具适用于各个机械制造部门， 其广泛性 在机械加工中己 无所不及，在机床工具、纺织、石油、化工、矿山、冶金、农业、 医疗、食品、造纸等机械以及汽车、铁路机车、船泊等制造行业中特别是在军工、 航空航天中应用组合夹具均取得了很好的经济效果(2 1 1 . 1 . 2组合夹具的发展趋势 1 . 元件的多功能模块化 组合夹具能单独使用也能与其他元件组合在一起使用， 其多功能模块化单元体 华北电力大学硕士学位论文 的比例将进一步增加。 如现在使用的各种定位夹紧座、定位压紧支承、精密虎钳等 模块式单元体具有定位、夹紧以及调节的综合功能，可以一件单独使用，也可以几 件组装在一起使用。t形基础等一次能装夹多件相同或不相同的工件的夹具，可以 减少机床的停机时间，最大限度发挥数控、加工中心机床的高效性能。 2 . 高强度、高刚性、高精度 为了提高劳动生产率， 缩短工件的加工工时， 工件的加工已向着高速方向发展， 工序高度集中，工件定位夹紧后要依次完成铣、钻、锉等多工序的加工。切削力的 大小、方向在不断地变化， 这就需要组合夹具本身要有较高的强度和刚度， 才能满 足工件的加工精度。 3 . 专用夹具、组合夹具、成组夹具一体化 现代化加工设备的多功能化使工艺过程高度集中、 工件一次定位装夹后能完成 多工序加工，这就需要一种通用而又能重复使用的组合可调式的夹具系统，它是由 一系列统一化、标准化的元件和合件组成，利用这些元件、合件组装成各种不同形 式、不同结构、可重复使用的夹具，供单件或中小批量生产使用3 1 。这种夹具系统 保留了组合夹具的各种优点，组装又像专用夹具那样简单可靠，又有可调整元件， 保留了成组夹具的优点. 为了便于夹具与机床定位连接， 夹具基体有统一标准的定 位连接位置，使专用、组合、成组夹具向着一体化、组合化方向发展，以满足现代 化加工设备的需要。 4 . 工件夹紧快速化、自动化 为缩短工件加工中的辅助时间，减轻工人的劳动强度， 工件的装夹、拆卸也需 要机械化、自 动化。工件的夹紧由原来的单一功能的压紧件、紧固件发展为可以调 整的模块，以便实现快速组装和快速夹紧。 对于批量大的一些零件的加工，液压夹 具、气动夹具可实现工件自动化快速夹紧 1 1 . 2国内外对组合夹具 c a d的研究 1 . 2 . 1国内的研究现状 我国于 2 0世纪 8 0年代末开始对组合夹具元件的设计与管理进行了研究和开 发， 在总结和吸取我国应用和发展槽系夹具经验的基础上， 根据现代机械加工特征 及夹具的发展趋势， 研制了新一代孔系组合夹具系统5 。此系统发挥了槽系平移可 调性和孔的旋转可调性的优势，可直接组装获得任何直线尺寸和角度尺寸。 此系统 把大中小三系列的元件有机融为一体，可在一块多夹具基础板上，既能组装单个大 工件夹具，又能组装多个中小零件夹具，有利于基础板长期固定在机床工作台上， 此系统还设有孔系和槽系过渡元件，便于实现孔、槽系夹具元件混合使用间。 近年来，国内对组合夹具c a d 进行不断地研究。 河北工业大学和航天工业部向 华北电力大学硕士学位论文 阳精密机械厂联合开发了软件组合夹具组装 c a d ，在 a u t o c a d r 1 4上采用三维实 体造型，建立图形库，用图文并茂的菜单和对话框方式由人机交互调用元件。北京 工商大学麻建东、刘漩开发的组合夹具元件库13 1 ，元件库模块的核心程序用 o b j e c t a r x s d k 2 _ 0 2工具包开发，界面程序用 a u t o c a d提供的对话框控制语言 d c l ( d i a l o g c o n t r o l l a n g u a g e ) 语言开发，在v c + + 6 . 0 下编译，生成的a r x 可执行 程序在a u t o c a d r 1 4 下直接加载运行，元件库可为使用者提供7 类组合夹具元件三 维图形的浏览以及交互设计功能，并生成三维组合夹具构形图， 在c a d 环境中可进 行修改或删除。山东工业大学的徐志刚在 “ 广义映射原理”的指导下，开发了支持 t o p - d o w n ”风范的夹具设计软件自 动化系统19 1 e 总的来说， 目 前国内在组合夹具方面的研究基本上是基于a u t o c a d 进行开发的， 且多数处理的对象是二维图纸，自 动化程度不高，且对设计结果的评价缺少合理、 一致和具体的评价指标。 1 . 2 . 2国外的研究现状 夹具的设计包括三个步骤:设备规划、夹具规划和夹具结构设计。 关于计算机辅助夹具设计， 俄罗斯学者在2 0 世纪7 0 年代开始了夹具c a d 工作， 由于计算机软件和硬件的落后，进一步发展受到很大的阻碍。2 0 世纪8 0 年代欧美 学者投入这一工作，与当时c a d 水平相配合，第一代c a r 系统是交互式设计系统。 设计人员简单应用c a d 软件的图形功能，建立一个标准元件数据库， 用以在计算机 屏幕上装配夹具图。后来加上了定位方法的选择、工件信息检索、元件选择、 元件 安装等模块， 成为一个独立的系统。由于现代商品化c a d 软件在屏幕上针对夹具几 何图形的操作还是费时的，所以第一代c a f d 在工业上应用还是有价值的。2 0 世纪 8 0 年代中期后， 根据变异式和生成式两种不同的方法产生了基于成组技术( g t ) 和基 于知识的两类主要的c a f d系统，这是第二代c a r。基于g t的c a f d 有一个夹具设 计信息的编码系统，系统中应包含零件几何形状的信息，零件装夹信息，即定位、 夹紧及工件工艺操作的信息等。 由夹具编码系统在典型夹具图形库中检索出相似夹 具，经手工修改成合乎需要的夹具16 1 。基于知识的c a f d ，主要是搜集人类夹具专家 的知识并整理成知识库中的各种规则，然后通过专家系统推理机得到各种决策。 2 0世纪 9 0年代后，人们继续对组合夹具做更深入的研究。j o n e j a n o l 以及 f e r r e i r a l 1 ，等人在进行 c a p p方面的研究中对设备规划有详细论述:g h o u y c , c h a n d r u v l z 1 等人提出的自动夹具定位和夹紧的一种方法;d e m e t e r e c 1 1 提出的利 用机械杠杆原理进行定位和夹紧位置选择的一种算法;m a r k u s a 1 等人提出的针对 棱柱形工件进行组合夹具设计的基于规则的系统。目前， 在工件夹具的自 动化配置 方面， t r a p p e y a j c 1 ， 等人提出了一个二维组合夹具元件的配置算法。几乎所有的 c a f d 研究者都承认， 在一个成功的c a r系统中， 工件的几何形状是一个关键因素。 3 华北电力大学硕士学位论文 n n a j i b , a l l a d i n s n b l 等人对具有复杂几何形状的工件进行尝试研究。然而其结果 仅仅适用于特定的几何体，比如多边形棱柱，且对工件夹具的夹紧方面的自 动配置 也很少提及。 1 . 3课题的提出 虽然一些高校和研究所在组合夹具c a d 系统开发方面取得一定成绩， 提高了设 计的效率和设计质量， 但企业对组合夹具的原有的管理和设计方式仍有很大的局限 性， 难以实现现代化企业的要求 ; 1 .例如: 1 . 组合夹具最大的优点就是可重复使用，因此，当夹具从车间回到夹具站时， 要将其拆卸，把夹具元件用到其他的夹具上。为了节约制造成本，缩短生产周期， 要尽量避免设计人员重复 发明己 有过的夹具。如何从夹具库中找到己设计过且 符合要求的夹具，是对企业开发管理工作的一个挑战。 2 . 企业需要在夹具设计开发过程进行夹具元件的统一和优化，形成夹具元件 族。在统一的分类编码体系下，缩减夹具元件种类和数量，规范夹具元件的功能、 结构、参数、名称等，对企业资源进行合理的组织和管理。 3 . 目 前在组合夹具方面的研究基本上是基于a u t o c a d 进行开发的， 且多数处理 的对象是二维图纸，图纸的可读性较差，对夹具设计人员的要求较高。 4 . 夹具元件统计员做的统计报表工作量大。 1 . 4本文的主要研究内容 本系统首先分析组合夹具的元件结构，建立图形库;用图文并茂的菜单和对话 框方式，由人机交互调用元件，使选件过程力求简捷方便，实现元件组装;最后， 使用v c + + 编程实现自 动报表功能，能准确快速地统计出装配图中夹具元件清单。基 于上述研究思想，系统功能分为六个模块: ( 1 )元件库建立:将组合夹具的标准元件分类，设置好满足不同要求的定位 点，并记录相关数据，建立组合夹具标准元件库，为在计算机上实现组合夹具的模 拟组装奠定基础。 ( 2 )系统界面:包括系统的元件管理界面和组合夹具组装工作界面，完成组 合夹具的组装过程及对组合夹具元件的管理。 ( 3 )工件信息检索:根据加工工件的几何特征 ( 如工件外形尺寸、需要加工 的孔的大小、位置等) 从组合夹具标准图形库自 动选取、 调用元件，快速地选择夹 具元件。 ( 4 )自 动统计报表:将夹具元件的有关信息，如:名称，材料，库存等存放 在数据库中。完成模拟组装后，程序搜索夹具元件并统计出数量，并搜索数据库得 华北电力大学硕士学位论文 到夹具元件的其它信息，最后自动生成统计报表。 ( 5 )图库管理模块:完成对组合夹具标准元件的添加、修改、删除等工作。 ( 6 )组合夹具组装模块:能够利用标准元件实现对组合夹具的组装。 本章小结 主要说明了本论文的选题意义和选题背景， 指出了组合夹具的重要作用及其发 展趋势;介绍了组合夹具 c a d系统的发展过程、国内外的研究状况;给出了系统 的主要研究内容， 针对己有的设计系统中存在的不足，提出了在本课题研究中将着 重进行研究的内容。 华北电力大学硕士学位论文 第二章 系统开发环境和工具的选择 2 . 1 a u t o c a d二次开发工具概述 a u t o c a d 是美国a u t o d e s k 公司著名的c a d 软件， 它采用开放式的体系结构， 允 许用户或二次开发商扩充新的功能和设计各种应用软件。 它具有强大的实体造型和 图形处理功能，能够完成对实体所需的任意操作，随着系统功能的逐渐增强和版本 的不断升级，提供了一系列开发环境和工具。1 9 8 5 年6 月推出的a u t o c a d 2 . 1 7 版 本选用a u t o l i s p 作为内 嵌语言， 向用户提供了 用a u t o l i s p 设计应用程序的二次开 发环境。 a u t o l i s p 是a u t o d e s k 公司提供的第一代开发环境， 它是一种解释型语言， 主要用来修改和扩充a u t o c a d 命令及系统菜单、设计对话框驱动程序、实现对图形 库的直接访问和修改1 j e a u t o c a d 系统的第二代开发环境是r i i 版本提供的a d s 开 发系统， 它向用户提供了用c 语言编写应用程序的设计环境， 程序本身不能直接与 a u t o c a d 进行通信，而需要通过 i p c ( i n t e r - p r o c e s s c o m m u n i c a t i o n ，内部进程通 讯) 和l i s p 来进行i c v l e a r x , a d s , a u t o l i s p 与a u t o c a d 的关系如图2 - 1 所示:它们 都是 a u t o c a d 提供的内 嵌式编程语言， 用户利用这些编程语言建立新的命令， 扩充 a u t o c a d原有的功能。 直接函数讲 用 图2 - 1 a u t o l i s p , a d s , a r x与a u t o c a d的通信 在a u t o c a d 2 0 0 0 中， 不再支持 作为a u t o c a d 系统的新的开发工具 a d s , a d s 己 经被o b j e c t a r x 所取代。 o b j e c t a r x ，其主要特点如下: ( 1 )用户可以利用o b j e c t a r x 环境的支持， 采用面向对象的c + + 语言开发a r x 华北电力大学硕士学位论文 应用程序。 ( 2 ) a r x 是一个动态链接库d l l ( d y n a m i c l i n k l i b r a r y ，动态链接库) ，与 a u t o c a d 享有同一地址空间，能够直接利用 a u t o c a d的内核代码，直接 访问a u t o c a d的数据库、 图形系统及几何造型核心， 在运行期间实时扩 展a u t o c a d 具有的类及功能， 建立与a u t o c a d 本身的固有命令操作方式 相同的新命令。 ( 3 ) a r x 应用程序采用了与a u t o l i s p 和a d s 完全不同的运行机制，使运行 速度大大提高和程序功能大大增强. ( 4 )开发a r x 应用程序可以充分利用w i n d o w s 的资源、 微软的基本类库m f c ( m i c r o s o f t f o u n d a t i o n c l a s s ) 和先进的v i s u a l c + + 可视化编程语言 和工具，方便、高效地设计具有典型w i n d o w s 风格的c a d 应用程序。 基于 o b j e c t a r x的上述特 点，本文采用 a u t o c a d的第三代开发工具 o b j e c t a r x 2 0 0 0 作为c a d 二次开发工具。 2 . 2 o b j e c t a r x简介 o b j e c t a r x 2 0 0 0 是a u t o c a d 采用c c + + 语言进行二次开发的最新版本， a u t o c a d 是w i n d o w s 程序，a r x 应用程序是其动态链接库.因此a r x与a u t o c a d 在同一地址 空间运行，能够直接利用a u t o c a d的内核代码，直接访问a u t o c a d图形数据库，以 及向 a u t o c a d注册与其内部命令几乎一样的外部函数命令 18 10 9 1 ，具体说来， o b j e c t a r x 可以方便地完成以下任务: 1 ) 直接访问a u t o c a d图形数据库 a u t o c a d的图形数据库包含了各种对象，如图形实体、符号表、词典等。 o b j e c t a r x 提供了直接操作图形数据库的类( 即a c d b 类) ， 用户也可以通过派生类， 生成和添加自己的图形对象。 2 ) 与a u t o c a d 编辑器方便交互 o b j e c t a r x 向a u t o c a d 注册命令与a u t o c a d 本身的内部命令没有任何差别， 可 以在其他的应用程序( 即使不是a r x 程序) 中调用. 3 ) 利用强大的m f c 类库 o b j e c t a r x 应用程序可以与m f c 库进行动态连接或静态连接，以利用m f c 的功 能( 尤其是消息处理、图形界面的功能) 。 4 ) 支持多文档( m d i ) 多文档是w i n d o w s 应用程序一个很重要的特点。 从a u t o c a d 2 0 0 0 开始支持多文 档，因此在a u t o c a d 2 0 0 0 图形环境下可以同时打开多个图形文件( 即图形数据库) ， o b j e c t a r x 2 0 0 0 相应提供了操作多个图形数据库的接口。 华北电力大学硕士学位论文 5 ) 定制类 利用o b j e c t a r x 的c + + 特性， 用户可以从原有的o b j e c t a r x 类中派生白己的类。 即用户通过定制应用程序本身的图形对象，并方便地添加到a u t o c a d 数据库中。 6 ) 建立复杂的应用程序 o b j e c t a r x支持复杂应用程序的开 发 ，可 以为应用程序提供通知 ( n o t i f t c a t i o n ) ，事务管理 ( t r a n s a c t i o n m a n a g e m e n t ) 、协议扩展 ( p r o t o c o l e x t e n s i o n ) 以及代理对象支持等。 7 ) 与其他编程接口配合使用 o b j e c t a r x 应用程序可以与a u t o c a d 其它接口类型的应用程序， 如v i s u a l l i s p v b a , a c t i v e x 等应用程序建立通信; 也可以在互联网上操作， 如打开、 保存图形文 件等。 在 o b j e c t a r x 2 0 0 0中，主要包含下列五个库:a c r x , a c e d , a c d b , a c g i , a c g e o a c r x 库: 该类库提供了系统层次的类， 用于动态链接库的初始化连接以及用于 运行时类的注册和标识等，即用于提供a r x 程序同a u t o c a d 的接口。 a c e d 库: 该类库用于定义和注册新的a u t o c a d 命令， 这些命令和a u t o c a d的内 部命令作用方式相同。 人 c d b 库:该类库提供了可直接访问a u t o c a d 数据库数据结构的类， a u t o c a d 数 据库中包含了各种构成a u t o c a d图形的图形对象( 即实体) 及非图形对象( 层、 线型、 字体风格等) 的信息。利用该类库提供的类，开发者可以对己 经存在的 a u t o c a d实 体及对象进行查询等操作，并可创建新的数据库对象。 a c g i 库: 该类库提供了许多图形界面工具， 用来绘制a u t o c a d 的实体，该类库 中的函数w o r l d d r a w ( ) , v i e w p o r t d r a w ( ) 及 s a v e a s ( ) 主要作为a c d b e n t i t y 类的成 员函数。 a c g e 库:该类库可以 被a c d b 类所引用并提供诸如向量、点及转换矩阵等用于 普通二维和三维的几何操作， 同时也提供了简单的几何实体类， 如: 点、 曲线和面。 2 . 3 a c c e s s 数据库 本系统需存储夹具元件的技术参数， 存储的数据量不大， 选用w i n d o w s自带的 a c c e s s 数据库。a c c e s s 是在w i n d o w s 环境下运行的关系型数据库管理系统，它具 有处理多媒体数据的能力。它能同 d b a s e , f o x p r o . p a r a d o x等比较流行的数据 库系统交换( 输入、输出) 数据，能同m s 的几个应用程序如: m i c r o s o f t w o r d f o r w i n d o w s 和m i c r o s o f t e x c e l 等进行交互操作.另外，a c c e s s 可以 通过b a s i 。 的模 块使用在， i n d o w s 应用程序编程接口( a p p l i c a t i o n p r o g r a m m i n g i n t e r f a c e , a p i ) 华北电力大学硕士学位论文 中的任何函数，因而具有较高的使用价值。 a c c e s s 的功能特点可归纳如下2 1 1 . ( 1 ) 具有强大的功能。利用图例查询快速获得信息;设计表格中用到的按钮及 表中的字段可以用鼠标进行操作:使用系统中所附的报表设计工具，可以生成精美 的数据表格，不必编程，方便了初学者的使用。 ( 2 ) 设计自动化，提高了效率。利用f o r m w i z a r d s ， 我们只要指定表单的风格、 格式及内容就可以自 动生成表单: 同样利用r e p o r t w i z a r d s ， 我们可自 动生成报表; 利用c u e c a r d s ，每一步都可获得帮助，可以利用宏命令自 动完成数据库的管理。 ( 3 ) 可以处理多种数据类型。a c c e s s 可以直接访问d b a s e , p a r a d o x 格式的数 据。 a c c e s s 满足数据库管理系统对于多种数据结构的要求。 可以支持开放式数据库 连接( 饰e n d a t a b a s e c o n n e c t i v i t y , o d b c ) 以及使用标准的结构化查询语言 ( s t r u c t u r e d q u e r y l a n g u a g e , s q l ) 查询数据库中的数据，即 a c c e s s可以建立一 个w i n d o w s 应用程序， 用来处理网络s q l 服务器或大型机s q l 数据库中的数据。 利 用对象链接及嵌入( o b j e c t l i n k a n d e m b e d d i n g , o l e ) 技术，可方便地创建和编辑 多媒体数据库，其中可包含的对象有文本、图像及声音视频等信息。 ( 4 ) 具有功能强大的集成开发环境。可使用a c c e s s b a s i c 编写复杂的数据库应 用系统程序。提供一个完整的集成调试环境及各种工具， 包括设断点、单步执行以 及检查变量等功能。自动进行语法检查，诊断语法错误等。 总之， a c c e s s 是一个易于使用、功能强大、基于w i n d o w s 操作环境的高性能的 数据库管理系统，用它来开发数据库管理程序，可以事半功倍。基于 a c c e s s以上 特点，开发本系统时采用采用a c c e s s 数据库。 2 . 4数据库引擎 2 . 4 . 1 o d b c 数据库引擎 o d b c ( o p e n d a t a b a s e c o n n e c t i v i t y ，开放数据库互连) 是微软公司开放服务结 构中有关数据库的一个组成部分，它建立了一组规范， 并提供了一组对数据库访问 的标准 a p i( 应用程序编程接口) 。o d b c a p i的特点是功能强大丰富，提供了异步 操作，事务处理等高级功能， 然而，实际上不同的数据库对s q l 语法的支持程度各 不相同，因此，o d b c规范定义了驱动程序的一致性级别，o d b c a p i的一致性确定 了应用程序所能调用的o d b c 函数种类， o d b c 2 . 0 规定了三个级别的函数， 目前d m 3 o d b c a p i 支持o d b c 2 . 0 规范中第二级扩展的所有函数，只是o d b c a p i 相应的编程 复杂，工作量大。 o d b c 并不是一个万能的可以针对任何数据库实现完全独立的、 完整功能和高性 能的解决方案。不同数据库和第三方经销商提供了对 o d b c不同级别的支持。一些 华北电力大学硕士学位论文 驱动器仅仅实现了核心的a p i 函数， 这些函数映射了顶层或者其他接口库。其它一 些驱动器，例如 m i c r o s o f t s q l s e r v e r的驱动器，在一个本地的、高性能的驱动 器中提供了完整的2 级支持。 2 . 4 . 2 d a o 数据库引擎 d a o ，即d a t a a c c e s s o b j e c t的缩写，是一组 m i c r o s o f t a c c e s s / j e t数据库 引擎的c o m自 动化接口。 d a o 直接与a c c e s s / j e t 数据库通信，通过j e t 数据库引擎， d a o 也可以同其它 数据库进行通信12 0 1 ，如图2 - 2 所示。 图2 - 2 d a o 数据库引擎体系结构 d a o的基于c o m的自动化接口 提供了比基于函数的a p i 更多的功能，d a o 提供 了一种数据库编程的对象模型。d a d 的对象模型比一般的a p i 更适合于面向对象的 程序开发，将一组不关联的a p i 函数集成到一个面向对象的应用程序里，一般要求 开发人员必须编写自己的一组类来封装这些 a p i函数。除了提供一组函数外，d a o 还提供了连接数据库并对数据库进行操作的对象， 这些d a o 对象很容易集成到面向 对象应用程序的源代码里. 此外， d a o 还封装了a c c e s s 数据库的结构单元， 例如表、 查询、 索引等， 这样， 通过d a o ， 可以直接修改a c c e s s 数据库的结构， 而不必使用s q l 的数据定义语言( d d l ) 的语句。d a o 是从v i s u a l c + + 4 . 0 版开始引入的.一般地讲，d a o 类提供t比o d b c 类更广泛的支持。一方面，只要有o d b c 驱动程序，使用m i c r o s o f t j e t 的d a o就 可以访问o d b c数据源。另一方面，由于 d a o是基于m i c r o s o f t j e t引擎的，因而 在访问a c c e s s 数据库( 即* . m d b 文件) 时具有很好的性能。 基于d a o 的上述优点， 本文在开发夹具元件管理模块时采用的是d a o 数据库引 1 0 华北电力大学硕士学位论文 擎。 本章小结 介绍了建立三维组合夹具计算机辅助设计系统所使用的开发工具，概述了 a u t o c a d 的二次开发工具o b j e c t a r x 以及所使用的关系型数据库a c c e s s ， 简要介绍 了访问数据时采用的数据库引擎。 华北电力大学硕士学位论文 第三章 组合夹具 c a d 系统的总体设计及理论研究 3 . 1系统的体系结构分析 本系统的体系结构共包括 5 层，如图3 - 1 所示，从下到上依次为基础层、数据 层 、 工 具 层 、 功 能 层 和 界 面 层 2 2 12 3 1 图3 - 1系统体系结构图 .基础层这部分包括信息模型和实现功能层各种应用功能的支持理论和支 持方法， 是系统开发建立的基础理论。信息建模方法包括夹具8 0 m 模型、夹具元件 信息模型、 夹具设计任务模型等的建立方法。 支持理论和支持方法包括夹具设计方 法、应用程序设计方法和定位误差计算方法等。 .数据层主要用来存储、 管理系统工作过程中所需要和产生的各种数据和信 息，包括夹具构成信息、结构设计信息、实例夹具等支持系统各功能子系统或模块 华北电力大学硕士学位论文 之间进行数据交换的动态数据库。 .工具层主要包括数据管理、统计分析和组织管理。 数据管理用于实现对系 统中夹具元件信息等基础数据和知识库的管理与维护; 统计任务类工具用于实现夹 具元件使用状况的统计分析，例如生成夹具后统计夹具元件的使用情况;组织管理 工具类主要实现对图形库组织结构数据的管理. .功能层由夹具设计、夹具元件信息查询服务和定位误差计算等子系统组 成。其中，夹具设计方法主要有人机交互和基于实例推理两种实用的方法， 夹具修 改包含在夹具设计当中。 .界面层即系统与用户之间的交互界面，实现夹具元件信息输入/ 输出、人 机对话等功能。 3 . 2系统的功能结构分析 系统的功能结构如图3 - 2 所示。各模块的功能简述如下: 图3 - 2系统功能图 .夹具设计 夹具设计人员进入系统后， 可使用交互式和基于实例推理的两种夹具设计方法 来设计夹具，依据相关的定位理论完成了夹具的组装。 避免了手工设计夹具的繁琐 工作，减轻了工作人员的劳动强度，提高了设计效率。 .夹具 b o m 生成 通过获取组装夹具的相关信息，生成夹具b o m ，并可将b o m 清单保存到数据库 中。为夹具组装与报表自 动统计生成提供了数据基础。 .元件管理 夹具管理人员可进行夹具及夹具元件的管理， 包括: 元件增加、 元件信息修改、 华北电力大学硕士学位论文 元件删除等。 .统计分析 在完成夹具的组装后，用户可对所使用的夹具元件的数量及相关信息进行统 计，并自动生成夹具元件信息统计报表，避免了人为统计的繁琐工作。 3 . 3系统的理论研究 3 . 3 . 1 夹具设计方法的研究 目 前，计算机辅助设计系统主要分为三类:交互式 c a f d 、基于成组技术( g t ) 的c a f d 和基于规则的c a f d 1z 4 ) 。虽然也开发出基于规则的专家系统，有知识库回答 用户的提问，但专家系统并不能产生具体的夹具结构，仍未成熟到足以应用于复杂 夹具的设计。 所以，目前计算机辅助夹具设计最流行的两种方法为交互式和基于实 例推理的夹具设计。 1 . 交互式夹具设计 交互式计算机辅助夹具设计是目前常用的夹具设计方法， 它忽视了夹具的重构 性。 夹具设计人员先建立一个标准夹具元件图形库，并开发出一种基于图形的计算 机辅助夹具设计系统。由于忽视对己有设计成果的重用，导致设计中出现重复性和 不必要的多样性，而且对设计人员的设计经验具有高度的依赖性. 交互式夹具设计具有以下特点: ( 1 ) 灵活性。交互式系统的灵活性是指交互式系统能用不同的交换方式完成某 一特定目标，也就是说交互式不是死板的，不可改变的。交互式子系统的灵活性保 证了夹具实用性，有利于系统功能的扩展. ( 2 ) 复杂性。交互式系统的复杂性是指系统组织和规模的复杂程度及可完成任 务的复杂程度。由于采用交互式可以充分发挥设计者的创造性，因而系统可以处理 较复杂的工作。 ( 3 ) 透明性。交互式系统的透明性是指系统功能和行为对用户是透明的、清楚 的。不管系统本身的复杂程度如何，设计者心目中系统是一个清晰、一致的模型， 用户可以通过交互式清楚地了解系统的功能。 2 . 基于实例推理的夹具技术 基于实例推理技术的夹具技术是用成组技术开发带图形工具的夹具设计辅助 程序， 以便从现在的夹具结构图中找到类似的结构， 并将检索出来的夹具加以修改， 以得到新的夹具结构。这种设计方法充分利用了己有设计结果，避免了设计中出现 的重复性，降低了对设计人员的设计经验的依赖性。 但这样的系统只能完成检索式 设计任务， 设计出来的夹具只是对己有夹具的修改， 难以适应夹具设计信息的变化， 缺乏灵活性。 华北电力大学硕士学位论文 通过以上对交互式和基于实例推理两者方法的介绍可知，由于夹具设计问题本 身的复杂性和特殊性，无论是交互式设计系统还是基于实例推理的设计系统， 想成 为一个实用、 通用的组合夹具设计系统是非常困难的。 单一的方法不能满足千变万 化的生产要求， 所以应该采用多元化设计思想来设计夹具。 本系统采用交互式和基 于实例推理相结合的多元化设计策略。 3 . 3 . 2定位误差计算方法 在夹具 c a d系统设计中，如果采用极值法求解定位误差，则必须在确定了夹 具的具体结构之后，先分析确定基准不重合误差和基准位移误差，再根据人们的经 验公式分别求解，然后再把二者合成。这样在一定范围内求解夹具的定位误差是非 常方便的。 但是， 仅根据这些典型定位结构的相应的定位误差计算公式来开发c a d 系统，将使系统的通用程度受到一定的限制。 用平面尺寸链原理求解定位误差，不必分析基准不重合误差和基准位移误差， 可以满足不同定位结构定位误差计算的需要，给夹具c a d系统的开发带来便利。 1 ， 用尺寸链求解定位误差的原理2 若不能封闭，则继续查找，直至封闭为止，定位 误差: a d = t o 二 艺t i公 式( 3 - 1 ) 工件以c 面作为定 位基准( 基献 ， 那么从c 面开 始查 找 尺寸 链， 首先找到 加工 华北电力大学硕士学位论文 面 k ，再找到工序尺寸 m ，此时又回到 c面，已封闭 误差为零。 不能形成尺寸链，所以定位 ， s 士t s / 2 ( a )工序简图 s 1t s / 2 ( b )尺寸链图 图3 - 3平面定位时的定位误差计算 若工件以e 面作为定位基准( 基面) ，同样， 从 e 面开始查找， 先找到加工面k , 再找工序尺寸m 到c 面，c 面返回至e 面封闭，尺寸链如图3 - 3 ( b ) 所示，m 为封闭 环，p d = t o = t s e ( 2 ) i 具以 圆 孔定 位3 13 2 j 1 ) 心轴水平放置 此时两圆心之间位移为定位误差。当孔为 d m a x 、轴为 d m i n .时，位移最大. 因受重力影响， 当工件装在心轴( 或定位销) 上时， 使孔的上母线与心轴上母线接触。 如图3 - 4 ( a ) 按尺寸链原理查找定位误差尺寸链，形成如图3 - 4 ( b ) 尺寸链。 刀 目江 j2 x凡a 卫 ( 认 )( b )1 c ) 图3 - 4以圆孔定位时的误差计算 华北电力大学硕士学位论文 od = 0 1 0 2 = d m i n + x m a x - d m a x / 2 = x m a x - ( d m a x - d m i n ) / 2 = x m a x / 2 巨 p : 0 d = x m a x / 2 = ( t d + t d + x m i n ) / 2公式( 3 - 2 ) 2 )心轴垂直放置 此时两圆心之间位移仍为定位误差，当孔为d m a x ，轴为d m i n 时，位移最大， 但此时工件与心轴的上、下母线都可能接触，如图3 - 4 ( c ) 所示。 当工件下母线与心轴下母线接触， 封闭环为0 1 0 3 ， 可形成如